Vista previa del material en texto
Cuadernos de Biodiversidad 63 (2022)49 Biofábricas de vainilla (Vanilla planifolia Jacks.) en México como oportunidad de desarrollo agrario Vanilla biofactories (Vanilla planifolia Jacks.) in Mexico as an opportunity for agricultural development 1 Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias Región Córdoba-Orizaba, Universidad Veracruzana, C.P. 94945, Amatlán de los Reyes, Veracruz. México. * Autor de correspondencia (marcoramirez02@uv.mx) Tel.: + 52 271 716 6129 Marco Vinicio Rodríguez Deméneghi Marco A. Ramírez- Mosqueda Arturo Alonso Armas Noe Aguilar-Rivera Yaqueline A. Gheno- Heredi Recibido: 14/02/2022 Aceptado: 7/07/2022 Publicado: 30/07/2022 © 2022 Rodríguez-Deméneghi, Marco Vinicio; Ramírez-Mosqueda, Marco Antonio; Armas-Silva Arturo Alonso; Aguilar-Rivera, Noé; Gheno- Heredia, Yaqueline A. Licencia: Este trabajo se publica bajo una Licencia Creative Commons Reconocimiento 4.0 Internacional. Cómo citar: Rodríguez-Deméneghi, M. V., Ramírez- Mosqueda, M. A., Armas-Silva A. A., Aguilar-Rivera, N., Gheno-Heredia, Y. A. Biofábricas de vainilla (Vanilla planifolia) en México como oportunidad de desarrollo agrario. Cuadernos de Biodiversidad (63), 49-54, https://doi. org/10.14198/cdbio.21952 RESUMEN La vainilla (Vanilla planifolia Jacks.) es la principal orquídea de interés económico y la tercera especia con mayor precio y alta demanda en el mundo debido al dulce aroma y sabor que emana su fruto. A pesar de que México es el centro de origen y domesticación de la vainilla, contando con las condiciones edafoclimáticas ideales para su cultivo, esta especie presenta graves problemas de conservación y reproducción. Actualmente, en México, los nuevos programas de apoyo gubernamental a este sector están motivando el desarrollo de la producción de vainilla, no obstante, todavía no se cuenta con material vegetativo suficiente y de calidad para hacer frente a estos requerimientos. En este sentido, las biofábricas representan una oportunidad para aumentar el número de propágulos comerciales a través de la biotecnología. Estas plantas generadas poseen características agronómicas deseadas que ayudan a resolver la problemática a la que se enfrentan los productores. Se ha demostrado que estos lugares representan una oportunidad económica redituable por su estabilidad, versatilidad y explotación con función social y/o ecológica. La vainilla es un cultivo altamente atractivo desde el punto de vista económico y puede llegar a constituir una gran oportunidad para impulsar el desarrollo agrario de las zonas productoras. Palabras clave: Producción de vainilla; micropropagación; biotecnología. SUMMARY Vanilla (Vanilla planifolia Jacks.) is the main orchid of economic interest and the third most expensive and demanded spice in the world due to the sweet aroma and flavor that emanates from its fruit. Even though Mexico is the center of origin and diversification of vanilla, this species presents serious conservation problems and the main difficulties it faces are the lack of genetic variability caused by the loss of its natural habitat, the excessive collection on a large scale for illegal sale caused by a new demanding market and deforestation. Currently in Mexico the production area is increasing motivated by new government programs that are supporting this sector, but there is not enough quality vegetative material to meet these requirements. In this sense, biofactories represent an opportunity to increase national figures, since they are production centers that, under the application of biotechnology, have the objective of increasing the generation of plants (generally of agricultural interest) with the desired characteristics to solve problems faced by producers. It has been shown that these places represent a profitable economic oppor- tunity due to their stability, versatility and exploitation with a social and/or ecological function. Vanilla is a highly attractive crop from an economic point of view and can become a great opportunity for producers if it is used correctly through material from a biofactory, promoting agricultural development in producing areas. Keywords: Vanilla production; micropropagation; biotechnology ISSN: 2254-612X DOI:10.14198/cdbio.21952Cuadernos de Biodiversidad 63 (2022): 49-54 Rodríguez-Deméneghii, Marco Vinicio1; Ramírez-Mosqueda, Marco Antonio1*; Armas-Silva Arturo Alonso1; Aguilar-Rivera, Noé1; Gheno-Heredia, Yaqueline Antonia1 : 49-54 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ https://doi.org/10.14198/cdbio.21952 https://doi.org/10.14198/cdbio.21952 https://doi.org/10.14198/cdbio.21952 https://doi.org/10.14198/cdbio.21952 https://orcid.org/0000-0002-0371-4434 https://orcid.org/0000-0002-2477-4612 https://orcid.org/0000-0002-3160-2640 https://orcid.org/0000-0002-7833-6749 https://orcid.org/0000-0002-8320-8274 Cuadernos de Biodiversidad 63 (2022)50 SITUACIÓN ACTUAL DEL SECTOR VAINILLERO EN MÉXICO La vainilla (Vanilla planifolia) es una orquídea cuyo aprovechamiento está dirigido por las indus- trias gastronómica, farmacéutica y cosmética debido al dulce aroma y sabor que emana su fruto (Herrera- Cabrera et al., 2016). Actualmente, México es el ter- cer productor a nivel mundial (con una producción de 561 toneladas/año), por detrás de Madagascar (con una producción de 3.227 toneladas/año) e Indonesia (2.069 toneladas/año) (FAOSTAT, 2022). Dado que México se considera el centro de origen y domesticación de este cultivo (Herrera-Cabrera et al., 2016), es necesario adoptar las medidas nece- sarias para incrementar su productividad hasta los valores de sus principales competidores. En la región del Totonacapan México, lugar de origen de este cultivo, en la actualidad se busca el beneficio económico a través de la venta de propágu- los comerciales. A pesar del alto valor de los esquejes de esta especie, no se ha sabido explotar de manera correcta por parte de los productores, debido a que se obtiene un número limitado de propágulos a partir de una plantas adulta (Ramos-Castellá et al., 2014). Además, este tipo de reproducción asexual genera poca variabilidad genética entre las poblaciones de vainilla (Bory et al., 2008a; Simiyu et al., 2020), lo que se ha traducido en la obtención de plantas con gran susceptibilidad a enfermedades, plagas y cam- bios estacionales en el clima como exceso de calor, humedad, frío, etc. (Charron et al., 2018), provo- cando serias pérdidas económicas y materiales para los productores (Bory et al., 2008b; Pinaria et al., 2010; Hernández-Hernández, 2011). Por otra parte, la reproducción sexual a partir de semillas no permite la obtención de propágulos comerciales. Esto se debe a la casi nula germinación de semillas de manera natural (Yeh et al., 2021). Sin embargo, a través del cultivo in vitro se puede lograr la germinación de estas semillas, en bajos porcentajes (Menchaca et al., 2011; Yeh et al., 2021) (Figura 1). Por tal motivo, se denota que las técnicas biotecnológicas son una alternativa para el aumento en la propagación de vainilla, ya que contribuyen significativamente en los programas de propagación y conservación de las especies vegetales que permitan crear nuevos bancos de germoplasma y disponer de abundante material en condiciones fitosanitarias adecuadas (Engelmann y Takagi 2000). OPORTUNIDADES, VENTAJAS Y BENEFICIOS PARA EL SECTOR VAINILLERO A TRAVÉS DE LA BIOTECNOLOGÍA La biotecnología es una herramienta cuyo prin- cipio es el aprovechamiento de organismos vivos y/o la implementación de ciertos elementos que puedan influir positivamente en los organismos a estudiar, como lo pueden ser estimuladores de : 49-54 Figura 1 Vaina de vainilla (Vanilla planifolia). a) vaina de vainilla con corte longitudinal. b) semillas de vainilla (Fuente: Armas-Silva, 2022). Cuadernos de Biodiversidad 63 (2022)51 crecimiento enlas plantas (Efferth, 2019). Aquí des- tacan técnicas como el Cultivo de Tejidos Vegetales (CTV), que tiene como principio la propagación de plantas empleando una mínima parte denominada explante, la cual debe tener capacidad regenerativa en sus células para poder formar nuevas plantas con características deseables (Nielsen et al., 2019; Pérez, 2021). Estas plantas cuentan con la característica de ser libres de fitopatógenos o cualquier agente conta- minante. Además aplicando programas de selección in vitro se puede obtener plantas resistentes a plagas, sequía, calor, hongos y/o cualquier patógeno que pueda comprometer la producción de este cultivo, así como de plantas con las características deseables para los mercados nacional e internacional (Loyola- Vargas & Ochoa-Alejo, 2018). Numerosos estudios han llevado a cabo la propa- gación de la vainilla a través del CTV, con distintos objetivos tales como multiplicación, el cual presenta una tasa de multiplicación de 11,41 brotes/explante empleando técnicas de cultivo in vitro a través de sistemas de inmersión temporal y con un porcentaje de aclimatación del 98% (Ramírez-Mosqueda & Bello-Bello 2021), estimulación para crecimiento de estructuras vegetales como tallos, raíces, generación de hojas (Ramírez-Mosqueda & Iglesias-Andreu, 2015; Ramos-Castellá et al., 2014) (Figura 2) y generación de resistencia a estrés biótico y/o abiótico (Ramírez-Mosqueda et al., 2018). De esta manera se ha demostrado que existen resultados promete- dores para la propagación de vainilla. Sin embargo, este tipo de desarrollo tecnológico no siempre llega a concretarse como transferencia de tecnología a los productores que son la base de la producción a nivel nacional. En este contexto, surgen las biofábricas como una oportunidad de transferencia enfocada a los produc- tores (Infante et al., 2020). Éstas generan empleos además de hacer más eficientes los procesos de pro- ducción, brindando una oportunidad para que México sea un país competitivo en la producción de vainilla. IMPLEMENTACIÓN DE BIOFÁBRICAS CON ENFOQUE EN LA PRODUCCIÓN DE VAINILLA Las biofábricas son consideradas como centros de producción y se caracterizan principalmente por la propagación de especies de interés agrícola y ornamental, todo a través de técnicas biotecnológicas (Espinosa et al., 2020). Destacan por la estabilidad que representan debido a la versatilidad y facilidad de explotación de sus productos generados, ya sea con función social y/o ecológica (Sani et al., 2019). : 49-54 Figura 2 Micropropagación de vainilla. a) biorreactor RITA. b) Plantas de vainilla generadas en biorreactor. c) vista superior del biorreactor RITA con vainilla (Fuente: Armas-Silva, 2022). Cuadernos de Biodiversidad 63 (2022)52 : 49-54 Hay países que han demostrado la eficiencia de las biofábricas en cuanto a producción. Un ejemplo es Cuba, país agrícola y productor de caña de azúcar, que ha conseguido aumentar la producción, dismi- nuyendo el tiempo de crecimiento y desarrollo, así como mejorando el rendimiento, todo esto a través de biofábricas establecidas desde 1990 (Santana et al., 2017). En países como Colombia y Costa Rica se han dedicado a generar plantas de café resistentes a roya, con resultados prometedores. Por otro lado, en México, el Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY) se dedica al mejoramiento genético de coco para la resistencia a la enfermedad llamada Amarillamiento Letal. En la Figura 3 se muestra un esquema para la implementación de una biofábrica para la produc- ción de propágulos de vainilla. Estudios como la generación de vainillas resistentes al hongo Fusarium oxysporum f. sp. vanillae, el cual provoca la pérdida de hasta un 85% de de la producción, han sido llevado a cabo (Chandran & Thomas, 2009; Iglesias-Andreu et al., 2021). También se han desarrollado estudios para generar plantas de vainilla resistentes a la sequía, fenómeno con tendencia a agravarse en el futuro cercano debido al cambio climático (Chandran & Thomas, 2009; Iglesias-Andreu et al., 2021). Figura 3 Esquema para el establecimiento de una biofábrica de vainilla (Fuente: Armas-Silva, 2022). Cuadernos de Biodiversidad 63 (2022)53 : 49-54 PERSPECTIVAS Actualmente se encuentra en desarrollo proyectos de investigación cuyo principal objetivo es identificar las implicaciones socio/económicas del estableci- miento de biofábricas dedicas a la producción de vainilla en la región del Totonacapan. A través del proyecto Posdoctoral “Implicaciones socioeconómi- cas para el establecimiento de biofábricas de vainilla (Vanilla planifolia) en la región de Totonacapan” y del proyecto “Innovación en la multiplicación in vitro de germoplasma de orquídeas con interés ornamental y vainilla (Vanilla planifolia Jacks.), bajo sistemas automatizados (proyecto 15 0325 proyecto del fondo COVEICyDET (Consejo Vera- cruzano para la Investigación Científica y Desarro- llo Tecnológico)” se espera establecer las necesidades y conocer la aceptación de los productores hacía estos nuevos tipos de tecnologías. Además, se están realizando actividades formativas, con el objetivo de que los productores conozcan las ventajas del establecimiento de estas importantes innovaciones tecnológicas que permitirán impulsar este sector productivo. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al Consejo Veracruzano para la Investigación Científica y Desarrollo Tec- nológico (COVEyDET) por el financiamiento del proyecto 15 0325 que permitió la realización de este trabajo. El autor MVRD agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) por la beca de subvención No. 429702. LITERATURA CITADA Bory, S., Grisoni, M., Duval, M. F. & Besse, P. (2008a). Biodiversity and preservation of vanilla: Present state of knowledge. Genetic Resources and Crop Evolution, 55(4): 551–571. https://doi.org/10.1007/s10722-007-9260-3 Bory, S., Lubinsky, P., Risterucci, A. M., Noyer, J. L., Grisoni, M., Duval, M. F. & Besse, P. (2008b). Patterns of introduction and diversification of Vanilla planifolia (Orchidaceae) in Reunion Island (Indian Ocean). American Journal of Botany, 95(7): 805–815. https:// doi.org/10.3732/ajb.2007332 Chandran, S. & Thomas, P. (2009). Assorted response of mutated variants of vanilla planifolia Andr. towards drought. Acta Physiol Plant, 31: 1023–1029. https:// doi.org/10.1007/s11738-009-0321-4 Charron, C., Hubert, J., Minatchy, J., Wilson, V., Chrysot, F., Gerville, S., Ioos, R., Jeandel, C. & Grisoni, M. (2018). Characterization of Colletotrichum orchidophilum, the agent of black spot disease of vanilla. Journal of Phytopathology, 166(7–8): 525–531. https:// doi.org/10.1111/jph.12714 Efferth, T. (2019). Biotechnology Applications of Plant Callus Cultures. Engineering, 5(1): 50–59. https://doi. org/10.1016/j.eng.2018.11.006 Engelmann, F. & Takagi, H. (2000) Cryopreservation of tropical plant germplasm. En: International Plant Genetics Research Institute (eds), pp. 496. ISBN: 978- 92-9043-428-3, ISBN: 92-9043-428-7 Espinosa, R. A. L., Silva, P. J. J. & Caise, G. M. (2020). Multiplicación in vitro del clon de plátano inivit pv 06- 30 (Musa spp) en condiciones de biofábricas. Revista Científico-Educacional de La Provincia Granma, 16: 181–190. Hernández-Hernández, J. (2011). Vanilla diseases. En: Havkin-Frenkel D, Belanger FC (eds) Handbook of vanilla science and technology. Wiley, Chichester, pp 26–39 Herrera-Cabrera, B. E., Delgado-Alvarado, A., Salazar- Rojas, V. M., Sandoval-Zapotitla, E. & Campos- Contreras, J. E. (2016). Variación de aroma en Vanilla planifolia Jacks. ex Andrews. Agroproductividad, 9(4): 328–336. http://www.mendeley.com/research/vanilla- planifolia-1/ Iglesias-Andreu, L., Ramos-Castellá, A. L. & Palafox Chávez, M. de L. (2021). In Vitro Selection of Irradiated Plantlets of Vanilla Planifolia Jacks. In the Face of Water Stress. Research Square, 1–12. https://doi.org/http://doi. org/10.21203/RS.3.RS-172096/V1Cuadernos de Biodiversidad 63 (2022)54 Infante Jiménez, Z., Ortega Gómez, P. & Coutiño Puchuli, A. E. (2020). Las Biofábricas y su relación con el Desarrollo Sostenible en Michoacán, México. En: C. Universidad Nacional Autónoma de México y Asociación Mexicana de Ciencias para el Desarrollo Regional A.C (Eds.), Factores críticos y estratégicos en la interacción territorial desafíos actuales y escenarios futuros. Ciudad de México.pp. 402–418. Loyola-Vargas, V. M. & Ochoa-Alejo, N. (2018). An Introduction to Plant Tissue Culture: Advances and Perspectives. Methods in Molecular Biology, 1815: 3–13. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-8594-4_1 Menchaca, R., Ramos, J., Moreno, D., Luna, M., Mata, M., Vázquez, L. & Lozano, M. (2011). Germinación in vitro de híbridos de Vanilla planifolia y V. pompona. Revista Colombiana de Biotecnología, 13(1): 80–84. http://www. revistas.unal.edu.co/index.php/biotecnologia/article/ view/22945/23724 Nielsen, E., Temporiti, M. E. E. & Cella, R. (2019). Improvement of phytochemical production by plant cells and organ culture and by genetic engineering. Plant Cell Reports, 38(10): 1199–1215. https://doi. org/10.1007/s00299-019-02415-z Pérez, J. (2021). Biotecnología vegetal: mejoramiento de cultivos ante el cambio climático. Investigación, 3–5. Pinaria, A. G., Liew, E. C. Y. & W., B. L. (2010). Fusarium species associated with vanilla stem rot in Indonesia. Australasian Plant Pathology, 39: 176–183. https://doi. org/10.1071/AP09079 Ramírez-Mosqueda, M. A., Iglesias-Andreu, L. G., Noa- Carrazana, J. C. & Armas-Silva, A. A. (2018). Selección de genotipos de Vanilla planifolia Jacks. ex Andrews resistentes a Fusarium oxysporum f. sp. vanillae, mediante biotecnología. Agroproductividad, 11, 70–74. Ramírez-Mosqueda, Marco A. & Iglesias-Andreu, L. G. (2015). Indirect organogenesis and assessment of somaclonal variation in plantlets of Vanilla planifolia Jacks. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 123(3), 657–664. https://doi.org/10.1007/s11240-015-0868-2 Ramírez, M. A., Jericó, M. & Bello, J. B. (2021). SETIS TM bioreactor increases in vitro multiplication and shoot length in vanilla (Vanilla planifolia Jacks . Ex Andrews). Acta Physiologiae Plantarum, 43(4): 1–8. https://doi. org/10.1007/s11738-021-03227-z Ramos-Castellá, A., Iglesias-Andreu, L. G., Bello-Bello, J. & Lee-Espinosa, H. (2014). Improved propagation of vanilla (Vanilla planifolia Jacks. ex Andrews) using a temporary immersion system. In Vitro Cellular and Developmental Biology - Plant, 50(5): 576–581. https:// doi.org/10.1007/s11627-014-9602-8 Sani, L. A., Usman, I. S., Nasir, A. U. & Abdulmalik, M. M. (2019). Micropropagation of pineapple (Ananas comosus L. Var. Smooth cayenne) in temporary immersion bioreactor system (TIPS). Bayero Journal of Pure and Applied Sciences, 12(2): 207–209. https://doi. org/10.4314/bajopas.v12i2.29 Santana, I., Rodríguez, J., Nodarse, O., Bernal, A., Rolo, J. M., González, R. & Zayas, C. (2017). Biofábrica de 5ta generacion. Asociación de Técnicos Azucareros de México A. C. pp. 1–9 Simiyu, L. N., Wolukau, J. N. & Maurice, O. E. (2020). Diversity assessment of vanilla (Vanilla species) accessions in selected counties of Kenya using simple sequence repeats (SSRs) markers. African Journal of Biotechnology, 19(10): 736–746. https://doi. org/10.5897/ajb2020.17216 Yeh, C. H., Chen, K. Y. & Lee, Y. I. (2021). Asymbiotic germination of Vanilla planifolia in relation to the timing of seed collection and seed pretreatments. Botanical Studies, 62(1): 12. https://doi.org/10.1186/ s40529-021-00311-y : 49-54